導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)斷纜分析

導(dǎo)波雷達(dá)物位計(jì)是一種微波物位計(jì)，它是微波（雷達(dá)）定位技術(shù)的一種運(yùn)用。它是通過(guò)一個(gè)可以發(fā)射能量波（一般為脈沖信號(hào)）的裝置發(fā)射能量波，能量波在波導(dǎo)管中傳輸，能量波遇到障礙物反射，反射的能量波由波導(dǎo)管傳輸至接收裝置，再由接收裝置接收反射信號(hào)。根據(jù)測(cè)量能量波運(yùn)動(dòng)過(guò)程的時(shí)間差來(lái)確定物位變化情況。由電子裝置對(duì)微波信號(hào)進(jìn)行處理，最終轉(zhuǎn)化成與物位相關(guān)的電信號(hào)。導(dǎo)波雷達(dá)型料位計(jì)以鋼纜作為天線，由于傳播損耗小，可用于粉狀物料測(cè)量，但是由于儲(chǔ)存庫(kù)的結(jié)構(gòu)、形式不同，在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，如斷纜等，本文分析水泥廠測(cè)量時(shí)斷纜的原因，提出不同形式的儲(chǔ)存庫(kù)的測(cè)量方案。

　　
　　1．生料均化庫(kù)內(nèi)的斷纜現(xiàn)象
　　
　　新型干法水泥廠的均化庫(kù)、水泥庫(kù)、煤粉倉(cāng)、原料和水泥調(diào)配站常用的粉煤灰?guī)斓牧衔粶y(cè)量，因被測(cè)介質(zhì)均是細(xì)粉狀，粉料通過(guò)空氣斜槽入庫(kù)，有的則是用氣動(dòng)方式送入料倉(cāng)，物料輕，空氣中粉塵很大，物料表面也較軟，故細(xì)粉的物位測(cè)量一直是測(cè)量中的難題。實(shí)踐應(yīng)用證明，采用雷達(dá)型料位計(jì)效果較好，微波可穿透粉塵很大空間，并在料面上反射。目前在我國(guó)新型干法水泥廠用的雷達(dá)型料位計(jì)有兩種，脈沖型雷達(dá)(PULSE)和調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)(FMCW)。
　　
　　有許多水泥廠還采用導(dǎo)波雷達(dá)型料位計(jì)(TDR)，它是以鋼纜作為天線，伸入料倉(cāng)中直至底步，微波脈沖沿外側(cè)向下傳播，因此空氣中的粉塵對(duì)傳播無(wú)影響，在空氣和粉料交界面上微波脈沖被反射。由于傳播損耗小，發(fā)射能量可較小，價(jià)格也比其他形式的雷達(dá)型料位計(jì)便宜。當(dāng)今在水泥廠主要應(yīng)用的產(chǎn)品有VEGA的FLEX60系列、E+H的FMP系列。但導(dǎo)波纜式雷達(dá)料位計(jì)由于其天線伸入容器中并和粉料接觸，失去了非接觸的特點(diǎn)，天線也即上纜繩(一般是鋼絲纜繩)容易被磨損，甚至被拉斷。多家用戶在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的信息反饋中都遇到了此問(wèn)題，特別在均化庫(kù)的測(cè)量中問(wèn)題更加突出。本文將分析斷纜現(xiàn)象，并提出大型均化庫(kù)(直徑在16米及以上)料位測(cè)量的方案。
　　
　　2．均化庫(kù)內(nèi)出現(xiàn)斷纜現(xiàn)象分析
　　
　　2.1生料均化庫(kù)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
　　
　　生料均化庫(kù)是新型干法水泥企業(yè)中賴以保證生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)，也是生料均化系統(tǒng)中任務(wù)最重的環(huán)節(jié)，并是生料入窯系統(tǒng)的一部分。根據(jù)不同的均化機(jī)理。各設(shè)計(jì)院開(kāi)發(fā)了多種型式的均化庫(kù)，如天津水泥設(shè)計(jì)院開(kāi)發(fā)的TP庫(kù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是庫(kù)底中心有一個(gè)大圓錐，庫(kù)壁和圓錐之間的環(huán)形區(qū)劃分六個(gè)充氣區(qū),由六個(gè)流量控制閥控制卸料量。在同一時(shí)間內(nèi)至少有兩個(gè)卸料口開(kāi)放。每個(gè)卸料口在卸料過(guò)程中都形成漏斗狀料柱，切割料層，產(chǎn)生重力混合均化作用，根據(jù)規(guī)模不同，庫(kù)的直徑和高度不一，如天津水泥設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的5000t/d規(guī)模的水泥廠，其均化庫(kù)直徑為φ22.5m，高52m；而2500t/d規(guī)模的水泥廠，其均化庫(kù)直徑為φ18m，高45m。目前常用于測(cè)量粉狀固體介質(zhì)的是VEGA公司的導(dǎo)波纜式雷達(dá)料位計(jì)，它有兩種：FLEX61和FLEX62，F(xiàn)LEX61測(cè)量范圍為1m~32m,使用鋼纜的直徑是φ4mm,并帶重錘；FLEX62測(cè)量范圍為1m~60m,使用鋼纜的直徑是φ6mm,并帶重錘。
　　
　　2.2均化庫(kù)內(nèi)出現(xiàn)斷纜現(xiàn)象分析
　　
　　2.2.1鋼纜最大拉力的限制
　　
　　相關(guān)數(shù)據(jù)表明，F(xiàn)LEX61最大拉力是5kN,FLEX62最大拉力是30kN,纜式料位計(jì)在測(cè)量水泥等介質(zhì)時(shí)，鋼纜受的拉力取決于被測(cè)物料的特性、庫(kù)(倉(cāng))的結(jié)構(gòu)、直徑和測(cè)量量程。測(cè)量水泥時(shí)鋼纜受的拉力要比測(cè)塑料顆粒和糧食大得多，均化庫(kù)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、直徑大和測(cè)量量程大，則所受的拉力越大，圖1為FLEX62在罐壁光滑的金屬容器內(nèi)測(cè)得的水泥拉力曲線，圖中三條曲線分別對(duì)應(yīng)直徑為φ12m，φ9m，φ6m的庫(kù)。由圖可見(jiàn)如測(cè)量量程為35m，直徑為φ12m的鋼板庫(kù)，鋼纜受的拉力為24kN。上述5000t/d規(guī)模的水泥廠，其均化庫(kù)直徑為φ22.5m，高52m；而2500t/d規(guī)模的水泥廠，其均化庫(kù)直徑為φ18m，高45m，如采用FLEX62纜式料位計(jì)，安裝位置又不合理，極其可能鋼纜所受的拉力超過(guò)30kN，從而會(huì)造成斷纜現(xiàn)象。
　　
　　2.2.2庫(kù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)影響鋼纜受力分析
　　
　　大型水泥廠的均化庫(kù)為達(dá)到均化的目的和作為生料入窯的中間和計(jì)量小倉(cāng)的作用，內(nèi)部結(jié)構(gòu)還是較復(fù)雜的，有空氣斜槽組成的星形進(jìn)料口，從六個(gè)或七個(gè)方向同時(shí)進(jìn)料，庫(kù)內(nèi)通過(guò)環(huán)形充氣閥向庫(kù)內(nèi)分區(qū)充氣,它對(duì)入庫(kù)的生料產(chǎn)生重力混合均化作用，因鋼纜伸入料倉(cāng)，被均化的生料將對(duì)作為天線的鋼纜有一側(cè)面負(fù)載，每種形式的纜式料位計(jì)有一側(cè)面負(fù)載的最大值。庫(kù)的直徑越大，鋼纜越長(zhǎng)，則側(cè)向負(fù)載會(huì)越大，超過(guò)極限也會(huì)斷纜。
　　
　　在均化庫(kù)底中心一個(gè)大圓錐下還裝有生料入窯系統(tǒng)的計(jì)量鋼板小倉(cāng)，直徑為φ22.5m的均化庫(kù)，其小倉(cāng)的直徑為φ6.5m，高6m。庫(kù)內(nèi)同時(shí)有兩個(gè)卸料口工作，向該小倉(cāng)進(jìn)料，為達(dá)到通暢卸料的目的，卸料口處必須充氣，卸料過(guò)程中形成漏斗狀料柱，在進(jìn)入卸料口處會(huì)有一收縮，在此處也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)負(fù)壓，如鋼纜安裝在卸料口附近，該負(fù)壓實(shí)際上加大了鋼纜承受的拉力，鋼纜越長(zhǎng)，拉力也會(huì)更大。
　　
　　均化庫(kù)的堆積角約為320，并隨卸料的速度變化也在變化，由此產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)垂直方向的拉力也將動(dòng)態(tài)變化；生料庫(kù)進(jìn)料時(shí)溫度約600C，卸料速度較快，溫度急劇下降，引起鋼纜的熱漲和冷縮也會(huì)使拉力動(dòng)態(tài)變化，由于卸料和出料過(guò)程在庫(kù)內(nèi)連續(xù)不斷進(jìn)行，拉力動(dòng)態(tài)變化幾率較大，它將加速纜繩的老化。長(zhǎng)期老化將使鋼纜能經(jīng)受的最大拉力減小，斷纜的幾率增大。
　　
　　2.2.3均化庫(kù)的料位測(cè)量
　　
　　綜上所述，大型水泥廠的均化庫(kù)的料位測(cè)量，筆者建議不采用導(dǎo)波纜式雷達(dá)料位計(jì)，最好采用裝有喇叭天線和法藍(lán)的雷達(dá)料位計(jì)，量程盡量選大，如VEGAPULS-68，它是脈沖型，最大量程可達(dá)60m，全設(shè)計(jì)為二線制回路供電，安裝簡(jiǎn)單、調(diào)試容易，平時(shí)可免維護(hù)，能滿足各種類型水泥廠的要求，江浙一些水泥廠使用反饋的信息表明，用VEGAPULS-68雷達(dá)料位計(jì)在均化庫(kù)測(cè)定的回波曲線非常理想，精度、分辨率和時(shí)間響應(yīng)完全能滿足工藝的要求。
　　
　　2．3水泥庫(kù)的斷纜現(xiàn)象
　　
　　相對(duì)均化庫(kù)而言，用導(dǎo)波纜式料位計(jì)測(cè)水泥庫(kù)的料位，斷纜的幾率較小，一是水泥庫(kù)的直徑和高度相對(duì)要小，如5000t/d規(guī)模的水泥廠，通常用直徑為φ15m，高為40m的庫(kù)，卸料口一般在5.6m處，故量程最大也就是35m左右。而且水泥庫(kù)的工況比較簡(jiǎn)單，卸料和出料的速度較慢，水泥庫(kù)一般有存儲(chǔ)期，故不會(huì)同時(shí)卸料和出料，內(nèi)部受力比較穩(wěn)定。主要是進(jìn)料堆積有一休止角，約為300，在堆積時(shí)形成的動(dòng)態(tài)側(cè)向力，另外水泥庫(kù)進(jìn)料時(shí)溫度約1000C，也有熱漲和冷縮，但有存儲(chǔ)期，拉力動(dòng)態(tài)變化較慢，不會(huì)加速纜繩的老化，故引起的拉力動(dòng)態(tài)變化較小，斷纜的幾率就小。
　　
　　水泥庫(kù)的料位測(cè)量可采用導(dǎo)波纜式雷達(dá)料位計(jì)，但要根據(jù)水泥庫(kù)的結(jié)構(gòu)，正確設(shè)定量程，必須合理選擇安裝位置，遠(yuǎn)離中心點(diǎn)和卸料口，盡量對(duì)準(zhǔn)堆積休止角的中間位置，同時(shí)要注意維護(hù)和觀察，確保鋼纜的正常使用。設(shè)計(jì)、安裝、使用合理，則選用導(dǎo)波纜式料位計(jì)是一種性能價(jià)格比較好的方案。
　　
　　3.結(jié)論
　　
　　導(dǎo)波纜式料位計(jì)由于傳播損耗小，發(fā)射能量可較小，可二線制回路供電，價(jià)格也較便宜，可用于測(cè)量粉狀物料，如水泥、生料、粉煤灰、煤粉等，但是由于儲(chǔ)存庫(kù)的結(jié)構(gòu)、形式不同，在選用時(shí)要考慮綜合因素，否則在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，如斷攬等，使料位計(jì)失靈、失準(zhǔn)，對(duì)正常生產(chǎn)和測(cè)量造成不利的影響。
適用范圍及特點(diǎn)：

導(dǎo)波微波物位儀表用于對(duì)液體、漿料及顆粒料等介電常數(shù)比較小的介質(zhì)的進(jìn)行接觸連續(xù)測(cè)量，適用于溫度、壓力變化大、有惰性氣體或蒸汽存在的場(chǎng)合。